Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (114): Efekty obecné relativity v rentgenovém záření aktivních galaktických jader

Výzkumy v ASU AV ČR (114): Efekty obecné relativity v rentgenovém záření aktivních galaktických jader

Galaxie NGC 1448 hostí ve svém centrum aktivní galaktické jádro. Snímek kombinuje pohled na galaxii v optickém oboru z přehlídky Carnegie-Irvine Galaxy Survey a rentgenový obraz pořízený z družice NuSTAR. V okolí jádra nalezneme velké množství různých struktur, mezi nimi i koronu aktivního jádra, která je původcem značné části rentgenového záření.

Z pozorování je známo, že se v centrech aktivních galaktických jader, v těsném okolí černé veledíry, nachází oblast vysoce ionizovaného plazmatu, kde vzniká rentgenové záření. Spektra tohoto záření v minulosti vědci využívali například k určení teploty této tzv. koróny. Tým z ASU (Francesco Tamborra, Michal Dovčiak a Jiří Svoboda) ukazuje, že získané odhady teploty nemusí být správné, pokud se zanedbají efekty obecné teorie relativity na záření.

Stejně jako Slunce je obklopeno vrstvou horkého vysoce ionizovaného plazmatu, tzv. korónou, očekává se existence podobné vrstvy nebo struktury i nad akrečním diskem, tvořeným hmotou postupně padající do černé veledíry v centrech aktivních galaktických jader. Vlastnosti této struktury stejně jako důvody jejího vzniku jsou nepochybně jiné než v případě koróny sluneční, ale to není pro představovanou studii podstatné.

Koróna akrečního disku je na rozdíl od té sluneční jen omezeným zdrojem vlastního záření. Mnohem větší roli ale hraje pro rozptyl záření, které sem přichází přímo z disku pod ní. Toto primární záření má obvykle vlnové délky v ultrafialové až měkké rentgenové oblasti spektra a  vzniká proměnou gravitační energie hmoty disku na teplo třením mezi různě rychle rotujícími částmi disku (rychlost rotace akrečního disku se vzdáleností od černé veledíry klesá). Převážně ultrafialové termální záření tedy přichází do koróny a potkává se s horkými, vysoce relativistickými elektrony, kterých se zde nachází velké množství. Přicházející fotony získávají procesem inverzního Comptonova rozptylu energii na úkor kinetické energie elektronů a část z nich pak doputuje až k pozorovateli jako záření v tvrdém rentgenovém oboru.

Vzhledem k tomu, že elektrony v koróně mají nějakou typickou energii odpovídající teplotě plazmatu, není možné předávat rentgenovým fotonům libovolné množství energie. Pozorované sekundární spektrum má tedy vysokoenergetický zlom (tzv. cut-off nebo hranu), jehož hodnota úzce souvisí právě s teplotou koróny. Autoři některých prací tuto skutečnost využili k určení teploty koróny. Studovali tedy přicházející spektrum, určili hodnotu hrany a z ní pak stanovili teplotu koróny.

Tým z ASU na čele s Francescem Tamborrou si povšiml, že část těchto prací nebere v úvahu efekty obecné teorie relativity, kterými ovlivňuje šíření elektromagnetického záření velmi silné gravitační pole černé veledíry. Některé z publikovaných prací ukazovaly, že pro zjednodušené geometrie kompaktní koróny „visící“ na rotační ose akrečního disku mohou být tyto efekty značné, posouvající hodnotu hrany. Pozorovaná, tedy zdánlivá hodnota hrany je tedy odlišná od té skutečné a i teplota koróny tak může být určena nesprávně. Pro zmíněný zjednodušený model kandelábru je možné vypočítat korekci efektů obecné teorie relativity analyticky, neboť se na nich bude podílet pouze gravitační rudý posuv.

Autoři z ASU a dvou řeckých institucí studovali podobné efekty pro jiný model galaktické koróny, která tvoří prostorově omezenou vrstvu bezprostředně přiléhající k akrečnímu disku. Pro takovou geometrii již není možné nalézt jednoduchý analytický model korekcí a autoři tedy museli vypočítat síť numerických modelů. Pozorované efekty se budou lišit pro různé úhly pohledu, ale také pro různé velikosti koróny. Kromě gravitačního rudého posuvu totiž svoji roli hraje i relativistický Dopplerův jev, jehož projevy závisí právě na sklonu a rychlosti rotace, jež naopak souvisí se vzdáleností a tak rozlehlostí diskové koróny.

Jedním z výstupů článku je tak jakási tabulka převodů z pozorované zdánlivé hodnoty hrany na hodnotu odpovídající skutečné hodnotě hrany, kterou lze již přímo použít k odhadu teploty elektronů v koróně. V modelu kandelábru jsou relativistické korekce vždy směrem k vyšším hodnotám hrany. V modelu diskové koróny však v některých extrémních případech může být pozorovaná hodnota vyšší než skutečná a odhadnutá teplota tak přeceněna. Tato situace nastává zejména pro velmi vysoké pohledové úhly, kdy systém aktivního galaktického jádra vidíme téměř z roviny disku. To je běžná situace pro aktivní galaktická jádra typu II.

Výsledky tohoto teoretického článku tedy přesvědčivě ukazují, že zanedbání vlivů obecné teorie relativity může být pro extrémní typy objektů, mezi něž aktivní galaktická jádra jistě patří, velmi nebezpečné a odhady hodnot parametrů materiálu v různých strukturách těchto objektů pak zatíženy velkou chybou.

REFERENCE

Tamborra, F., Papadakis, I., Dovčiak, M., Svoboda, J., On the high energy cut-off of accreting sources: Is general relativity relevant? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 475 (2018) 2045-2050, preprint arXiv:1711.06183

KONTAKTY

Dr. Francesco Tamborra, Ph. D.
Email: francesco.tamborra@asu.cas.cz
Mgr. Michal Dovčiak, Ph. D.
Email: dovciak@astro.cas.cz
RNDr. Jiří Svoboda, Ph. D.
Email: jiri.svoboda@asu.cas.cz

Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Koróna, Aktivní galaxie, Astronomický ústav AV ČR


22. vesmírný týden 2018

22. vesmírný týden 2018

Přehled událostí na obloze od 28. 5. do 3. 6. 2018. Měsíc bude v úplňku. Večer je nad severozápadem jasná Venuše a nad jihovýchodem Jupiter. Mars a Saturn zůstávají spíše ranními planetami. ISS dostala nové zásoby prostřednictvím nákladní lodi Cygnus. SpaceX už má za sebou v květnu dva starty a třetí je nachystán na tento týden. Před 160 lety byla objevena pěkná kometa Donati (1858).

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Galaxie NGC 3718, Arp214, NGC3729 a Hickson56

Titul Česká astrofotografie měsíce za duben 2018 obdržel snímek „NGC 3718, Arp214, NGC3729 a Hickson56“, jehož autorem je Martin Myslivec. Pohled do mnohem vzdálenějších končin vesmíru, než je naše Sluneční soustava, přináší vítězná dubnová fotografie. Spirální galaxie ve vzdálenosti 52 miliónů

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Měsíc s Jupiterem v konjunkci

Další informace »